JPH01106903A - Turbine nozzle - Google Patents

Turbine nozzle

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JPH01106903A
JPH01106903A JP26376787A JP26376787A JPH01106903A JP H01106903 A JPH01106903 A JP H01106903A JP 26376787 A JP26376787 A JP 26376787A JP 26376787 A JP26376787 A JP 26376787A JP H01106903 A JPH01106903 A JP H01106903A
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nozzle
turbine
blade
diaphragm
working fluid
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JP26376787A
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Japanese (ja)
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Hiroyuki Kawagishi
裕之 川岸
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Toshiba Corp
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Publication date
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  • Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)

Abstract

PURPOSE:To improve efficiency, by a method wherein an axes at two joint end parts of a nozzle vane are formed in a linear shape. CONSTITUTION:Axes alpha1 and alpha2 at joint end parts between an adjacent nozzle vane 1a, a diaphragm outer ring 2, and an inner ring 3 are formed in a linear shape, and are inclined in the direction of the belly part of the nozzle vane 1a based on a reference line E passing the rotation center of a turbine. An axis alpha3 at an intermediate part is curved in the direction of the belly. Working fluid coming in a position in the vicinity of the peripheral walls of the diaphragm inner and outer wheels 2 and 3 is pressed against a peripheral wall surface, and development of a boundary layer is suppressed. This constitution enables improvement of efficiency through reduction of incurring of a secondary loss.

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 (産業上の利用分野) 本発明は軸流タービンのタービンノズルに係り、特にタ
ービンノズルの環状流路周壁面に生じる境界層の発達を
抑制することによって二次流れの発生を防止し、ざらに
二次流れが撹乱して発生ずる二次渦による圧力損失を低
減し、タービン性能を向上し得るタービンノズルに関す
る。
[Detailed Description of the Invention] [Object of the Invention] (Industrial Application Field) The present invention relates to a turbine nozzle for an axial flow turbine, and in particular to suppressing the development of a boundary layer that occurs on the peripheral wall surface of an annular flow path of the turbine nozzle. The present invention relates to a turbine nozzle that can improve turbine performance by preventing the generation of secondary flows and reducing pressure loss due to secondary vortices generated when the secondary flows are roughly disturbed.

(従来の技術) 近年、発電プラントの運転経済性を改善し、発電効率の
改善を図るためにタービン性能の向上を図ることが重要
な課題となっている。
(Prior Art) In recent years, it has become an important issue to improve turbine performance in order to improve the operational economy of power plants and improve power generation efficiency.

タービン性能の向上を図るには各タービン段落の圧力損
失を低減する必要がある。タービン段落における内部損
失には、翼形損失、漏洩損失、流出損失などがあるが、
特にアスペクト比が小さくノズル翼高さが低いタービン
段落においては二次流れによる二次損失の比率が支配的
であり、その翼形損失を低減することがタービン性能を
向上する上で大きな課題となっている。
In order to improve turbine performance, it is necessary to reduce pressure loss in each turbine stage. Internal losses in the turbine stage include airfoil loss, leakage loss, outflow loss, etc.
Particularly in turbine stages with small aspect ratios and low nozzle blade heights, the ratio of secondary loss due to secondary flow is dominant, and reducing this airfoil loss is a major issue in improving turbine performance. ing.

一般的な軸流タービンのノズル構成を第7図に示す。複
数枚のノズル翼1が、ダイヤフラム外輪2とダイヤフラ
ム内輪3との間に形成される環状流路4に固設される。
FIG. 7 shows the nozzle configuration of a typical axial flow turbine. A plurality of nozzle blades 1 are fixedly installed in an annular flow path 4 formed between a diaphragm outer ring 2 and a diaphragm inner ring 3.

また第4図に示すように上記ノズル翼1に対向して下流
側に複数枚の動翼5が配設される。動m5は、ロータデ
ィスク6の外周の周方向に所定間隔で列状に植設される
。動W5の外周端には動翼端を固定するため、および作
動流体の漏洩を防止するためのシュラウド7が固着され
る。
Further, as shown in FIG. 4, a plurality of rotor blades 5 are disposed on the downstream side opposite to the nozzle blade 1. The movable shafts m5 are arranged in rows at predetermined intervals in the circumferential direction of the outer periphery of the rotor disk 6. A shroud 7 is fixed to the outer peripheral end of the rotor W5 in order to fix the rotor blade tip and to prevent leakage of working fluid.

次に上記の段落構成においてノズル翼1における二次流
れの発生機構を第7図を参照して説明する。第7図は第
4図に示すタービンノズルをノズル出口側から観察した
斜視図である。
Next, a mechanism for generating a secondary flow in the nozzle blade 1 in the above paragraph configuration will be explained with reference to FIG. 7. FIG. 7 is a perspective view of the turbine nozzle shown in FIG. 4, viewed from the nozzle outlet side.

各ノズル翼1は、ロータディスク6の回転中心を通る基
準線Fに対して傾斜しておらず、ダイヤフラム内輪3の
外周面に対して垂直に配設された例で示している。
Each nozzle blade 1 is shown as an example in which it is not inclined with respect to a reference line F passing through the center of rotation of the rotor disk 6, but is disposed perpendicularly to the outer peripheral surface of the diaphragm inner ring 3.

高圧蒸気などの作動流体は、隣設するノズル翼1.1間
の翼間流路を流れるときに、流路中で円弧状に曲げられ
て流れる。このときノズル翼1の背面Bから腹面F方向
に遠心力を生じ、この遠心力と静圧とが平衡しているた
め、腹面Fにおける静圧が高くなり、一方背面Bにおい
ては作動流体の流速が大きいため静圧が低い。そのため
、流路内では腹面F側から背面B側に圧力勾配を生じる
When the working fluid such as high-pressure steam flows through the inter-blade flow path between adjacent nozzle blades 1.1, it is bent into an arc shape in the flow path. At this time, centrifugal force is generated from the back surface B of the nozzle blade 1 in the direction of the ventral surface F, and since this centrifugal force and static pressure are in balance, the static pressure on the ventral surface F becomes high, while the flow rate of the working fluid on the back surface B is large, so the static pressure is low. Therefore, a pressure gradient is generated in the flow path from the ventral surface F side to the back surface B side.

この圧力勾配はダイヤフラム外輪2とダイヤフラム内輪
3の周壁面上に形成される流速のおそい層、すなわち境
界層においても同様である。
This pressure gradient is the same in the slow flow layer, that is, the boundary layer, formed on the peripheral wall surfaces of the diaphragm outer ring 2 and the diaphragm inner ring 3.

ところが、境界層付近においては流速が小さく、作用す
る遠心力も小さいため、腹面F側から背面Bへの圧力勾
配に抗しきれずに腹面F側から背面B側に向かう流れ、
ずなわち二次流れ8が生じる。
However, near the boundary layer, the flow velocity is low and the centrifugal force acting is also small, so the flow from the ventral surface F side to the back surface B side cannot resist the pressure gradient from the ventral surface F side to the back surface B side.
Thus, a secondary flow 8 is created.

そして上記二次流れ8はノズル翼1の背面B側に衝突し
て巻き上がり、ノズル翼1の内輪側および外輪側の両接
合端において、それぞれ二次渦9a、9bを発生する。
The secondary flow 8 collides with the back surface B side of the nozzle blade 1 and rolls up, generating secondary vortices 9a and 9b at both the joint ends of the inner ring side and the outer ring side of the nozzle blade 1, respectively.

かくして作動流体が保有するエネルギは、二次渦9を形
成するためにその一部が散逸する。
The energy possessed by the working fluid is thus partially dissipated to form the secondary vortex 9.

このようにノズル流路内で発生する二次渦9a。The secondary vortex 9a is thus generated within the nozzle flow path.

9bは作動流体の不均一な流れを生じ、ノズル性能を著
しく低下させるうえに、下流側の動翼5に流入する作動
流体のエネルギ損失を招き、各タービン段落の性能を低
下させている。
9b causes non-uniform flow of the working fluid, which significantly reduces nozzle performance, and also causes energy loss of the working fluid flowing into the downstream rotor blade 5, reducing the performance of each turbine stage.

上記のノズル流路内で発生する二次渦9a、9bに起因
する二次流れ損失を低減するために種々のタービンノズ
ル構造が研究されている。
Various turbine nozzle structures have been studied in order to reduce the secondary flow loss caused by the secondary vortices 9a and 9b generated within the nozzle flow path.

例えば環状流路の周壁面に発達する境界層の厚さを低減
するタービンノズルの構成が特開昭53−90502号
公報に開示されている。第8図(a)はその従来例を示
すタービンノズルを示す断面図であり、ノズル翼1の上
流側の境界層生成領域に境界層制御棒10を配置した例
を示す。この境界層制御棒10によって、周壁面上に発
達する境界層の厚さを薄くして二次流れによる圧力損失
を低減することを企図したものである。
For example, Japanese Patent Laid-Open No. 53-90502 discloses a configuration of a turbine nozzle that reduces the thickness of a boundary layer that develops on the peripheral wall surface of an annular flow path. FIG. 8(a) is a sectional view showing a conventional turbine nozzle, and shows an example in which a boundary layer control rod 10 is arranged in a boundary layer generation region on the upstream side of a nozzle blade 1. This boundary layer control rod 10 is intended to reduce the thickness of the boundary layer that develops on the peripheral wall surface, thereby reducing pressure loss due to secondary flow.

また第9図は特開昭52−54809号公報に開示され
たタービンノズルの従来例を示す断面図であり、ノズル
翼1の腹面F側の接合端に吸込孔11を設ける一方、背
面B側の接合端に吹出孔12を設けて、吸込孔11から
吹出孔12に抜ける連通孔13を形成している。
FIG. 9 is a sectional view showing a conventional example of a turbine nozzle disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 52-54809, in which a suction hole 11 is provided at the joint end on the ventral surface F side of the nozzle blade 1; A blow-off hole 12 is provided at the joint end of the blow-off hole 12 to form a communication hole 13 that passes from the suction hole 11 to the blow-off hole 12 .

環状流路の周壁面近傍を流れる作動流体を連通孔13を
経由して逃がすようにして、隣設したノズル1111.
1間において、腹面F側から背面B側に流れる二次流れ
を極力低減するようにしたものである。
Adjacent nozzles 1111 .
1, the secondary flow flowing from the ventral surface F side to the back surface B side is reduced as much as possible.

さらに第10図は、実開昭52−148802号公報に
開示されたタービンノズルであり、ダイヤフラム外輪2
またはダイヤフラム内輪3の周壁面上で隣設されるノズ
ル翼1,1間に邪魔板14を配設した従来例である。
Furthermore, FIG. 10 shows a turbine nozzle disclosed in Japanese Utility Model Application No. 52-148802, in which the diaphragm outer ring 2
Alternatively, this is a conventional example in which a baffle plate 14 is disposed between adjacent nozzle blades 1 on the peripheral wall surface of the diaphragm inner ring 3.

発生が予想される作動流体の壁面境界層の厚さを越える
高さを有する邪魔板14によって、二次流れ8を抑止す
るものである。
The secondary flow 8 is suppressed by the baffle plate 14 having a height exceeding the thickness of the wall boundary layer of the working fluid that is expected to occur.

(発明が解決しようとする問題点) しかしながら第8図(a)に示す従来のタービンノズル
においては、環状流路の周壁近傍に境界層制御棒10を
配設したことにより、周壁面上に発達する二次流れはあ
る程度抑止することが可能となる。しかし、第8図(b
)に示すように、タービン作動流体の速度分布Gが乱れ
、境界層制御棒10の2次側において、作動流体主流に
大きな速度欠損をもたらし、タービン性能を抜本的に改
善する手段にはなり得ていない。
(Problems to be Solved by the Invention) However, in the conventional turbine nozzle shown in FIG. This makes it possible to suppress secondary flows to some extent. However, Fig. 8 (b
), the velocity distribution G of the turbine working fluid is disturbed, causing a large velocity deficit in the mainstream working fluid on the secondary side of the boundary layer control rod 10, which can be a means to fundamentally improve turbine performance. Not yet.

また第9図に示すようにノズル翼1基部に連通孔13を
設けた従来のタービンノズルでは、隣設されたノズル翼
1,1間の流路において、一方のノズル翼1の腹面F側
から、他方のノズル翼1の背面B側に生じる二次流れは
大幅に低減することができる。しかし腹面F側から吸込
んだ流れを背面Bに吹出すため、作動流体主流の流線を
大きく攪乱するおそれがあり、圧力損失が逆に増大する
場合がある。
Furthermore, as shown in FIG. 9, in a conventional turbine nozzle in which a communication hole 13 is provided at the base of the nozzle blade 1, in the flow path between the adjacent nozzle blades 1, from the ventral surface F side of one nozzle blade 1. , the secondary flow generated on the back surface B side of the other nozzle blade 1 can be significantly reduced. However, since the flow sucked in from the ventral surface F side is blown out to the back surface B, there is a risk that the flow line of the main flow of the working fluid will be greatly disturbed, and the pressure loss may conversely increase.

また、この従来例によると、連通孔13の構造が複雑で
あり、その加工精麿を高く設定する必要があるため、加
工製作費が高騰する問題点がある。
Further, according to this conventional example, the structure of the communicating hole 13 is complicated, and the machining process must be set at a high level, so that there is a problem that the machining and manufacturing cost increases.

さらに第10図に示すようにノズル翼1,1間に邪魔板
14を配設した従来のタービンノズルにおいては、環状
流路4の周壁面上に邪魔板14が設けられているため、
周壁面近傍においてノズル翼間を横断する流れはある程
度低減されるものの、ノズルTA1の腹面F側から邪魔
板14に至る二次流れ8または、邪魔板14から隣設さ
れるノズルm1の背面B側に至る二次流れ8は、解消さ
れず残存するため、二次流れの圧力損失の大幅な低減に
は直結しない問題点があった。
Furthermore, in a conventional turbine nozzle in which a baffle plate 14 is provided between the nozzle blades 1 as shown in FIG. 10, the baffle plate 14 is provided on the peripheral wall surface of the annular flow path 4.
Although the flow crossing between the nozzle blades in the vicinity of the peripheral wall surface is reduced to some extent, the secondary flow 8 from the ventral surface F side of the nozzle TA1 to the baffle plate 14 or the back surface B side of the nozzle m1 installed adjacently from the baffle plate 14 Since the secondary flow 8 leading to the above remains unresolved, there is a problem that it does not directly lead to a significant reduction in the pressure loss of the secondary flow.

本発明は上記の問題点を解決するためになされたもので
あり、簡素な構造を有し、タービンノズルの環状流路周
壁面上に生じる境界層の発達を抑止し、二次流れに起因
する二次渦の発生による圧力損失の低減を可能とし、タ
ービン性能を向上し得るタービンノズルを提供すること
を目的とする。
The present invention has been made to solve the above problems, has a simple structure, suppresses the development of a boundary layer that occurs on the peripheral wall surface of the annular flow path of a turbine nozzle, and suppresses the development of a boundary layer caused by secondary flow. An object of the present invention is to provide a turbine nozzle that can reduce pressure loss due to the generation of secondary vortices and improve turbine performance.

〔発明の構成〕[Structure of the invention]

(問題点を解決するための手段) 上記目的を達成するため本発明は、ダイヤフラム内輪と
ダイヤフラム外輪との間に形成される環状流路の周方向
に複数のノズル翼を列状に配設し、各ノズル翼をダイヤ
フラム内輪側の接合端およびダイヤフラム外輪側の接合
端において固定して構成したタービンノズルにおいて、
ノズル翼の内接合端部における軸線を直線状に形成し、
かつ上記軸線がタービンの回転中心を通る基準線に対し
てノズルWの腹面方向に傾斜するように接合端を接合す
るとともに、ノズル翼の中間部における軸線は腹面方向
に彎曲するように形成したことを特徴とする。
(Means for Solving the Problems) In order to achieve the above object, the present invention arranges a plurality of nozzle blades in a row in the circumferential direction of an annular flow path formed between a diaphragm inner ring and a diaphragm outer ring. , a turbine nozzle in which each nozzle blade is fixed at a joint end on the inner ring side of the diaphragm and a joint end on the outer ring side of the diaphragm,
The axis line at the inner joint end of the nozzle blade is formed into a straight line,
and the joint end is joined so that the axis line is inclined toward the ventral surface of the nozzle W with respect to a reference line passing through the rotation center of the turbine, and the axis at the intermediate portion of the nozzle blade is formed to be curved toward the ventral surface. It is characterized by

(作用) 上記構成のタービンノズルによれば、ノズル翼の内接合
端部における軸線を直線状に形成し、かつ上記軸線がタ
ービンの回転中心を通る基準線に対して、ノズル翼の腹
面方向に傾斜しているため、ダイヤフラム内輪の周壁面
近傍に流入した作動流体はダイヤフラム内輪側の周壁面
に押圧される一方、ダイヤフラム外輪の周壁面近傍に流
入した作動流体はダイヤフラム外輪側の周壁面に押圧さ
れる。そのため両局壁面における境界層の発達が効果的
に抑制され、さらに二次流れによって各ノズル翼の背面
側に発生する二次渦の成長が抑止される。
(Operation) According to the turbine nozzle having the above configuration, the axis at the inner joint end of the nozzle blade is formed in a straight line, and the axis is directed toward the ventral surface of the nozzle blade with respect to a reference line passing through the rotation center of the turbine. Because of the slope, the working fluid that has flowed into the vicinity of the peripheral wall surface of the diaphragm inner ring is pressed against the peripheral wall surface of the diaphragm inner ring, while the working fluid that has flowed into the vicinity of the peripheral wall surface of the diaphragm outer ring is pressed against the peripheral wall surface of the diaphragm outer ring. be done. Therefore, the development of boundary layers on both wall surfaces is effectively suppressed, and furthermore, the growth of secondary vortices generated on the back side of each nozzle blade due to the secondary flow is suppressed.

また各ノズルWの中間部における軸線は腹面方向に彎曲
するように形成しているため、再接合Bi部から翼長方
向の中間部に平行に分布する作動流体の流線は、滑らか
に変化し、大ぎな攪乱が生じることがない。そのため作
動流体が動翼に流入した場合においても、動翼間におけ
る混合による圧力損失が少ない。
In addition, since the axis of each nozzle W in the middle part is curved in the direction of the ventral surface, the streamline of the working fluid distributed parallel to the middle part in the span direction from the rejoining Bi part changes smoothly. , no major disturbance occurs. Therefore, even when the working fluid flows into the rotor blades, there is little pressure loss due to mixing between the rotor blades.

上記のように本発明よれば各ノズル翼の内接合端部にお
ける二次損失が低減され、また動翼間における混合損失
も少ないため、タービン効率を大幅に向上させることが
できる。
As described above, according to the present invention, the secondary loss at the inner joint end of each nozzle blade is reduced, and the mixing loss between the rotor blades is also reduced, so that the turbine efficiency can be significantly improved.

(実施例) 次に本発明の一実施例について、添付図面第1図〜第6
図を参照して説明する。第1図は木発明に係るタービン
ノズルの構造を示す斜視図であり、ノズル出口側より観
察した例を示す。また第2図は、ノズル翼1の形状を示
す断面図であり、第7図に示す従来例と同一要素には同
一符号を付してその説明は省略する。
(Example) Next, an example of the present invention will be described in FIGS. 1 to 6 of the attached drawings.
This will be explained with reference to the figures. FIG. 1 is a perspective view showing the structure of a turbine nozzle according to the invention, and shows an example observed from the nozzle outlet side. Further, FIG. 2 is a cross-sectional view showing the shape of the nozzle blade 1, and the same elements as those in the conventional example shown in FIG. 7 are given the same reference numerals, and the explanation thereof will be omitted.

本実施例に係るタービンノズルは、ダイヤフラム外輪2
と、ダイヤフラム内輪3との間に形成される環状流路4
に複数のノズル111aを周方向に所定間隔をおいて列
状に配設して構成する。各ノズル翼1aのチップ側およ
びルート側の接合端はそれぞれダイヤフラム外輪2とダ
イヤフラム内輪3とに接合されている。
The turbine nozzle according to this embodiment has a diaphragm outer ring 2
and an annular flow path 4 formed between the inner ring 3 and the diaphragm inner ring 3.
A plurality of nozzles 111a are arranged in a row at predetermined intervals in the circumferential direction. The tip-side and root-side joint ends of each nozzle blade 1a are joined to a diaphragm outer ring 2 and a diaphragm inner ring 3, respectively.

各ノズル翼1aは第2図に示すように、その両接合端部
における軸線α 、α2が直線状に形成され、かつ上記
軸線α 、α2がタービンの回転中心を通る基準線Eに
対して、それぞれ角度θ7゜θ1だけノズル翼1aの腹
面方向に傾斜するように接合端が接合されている。また
ノズル翼1aの中間部における軸線α3は傾斜部の両軸
線に滑らかに接続し、腹面方向に彎曲するように形成さ
れる。
As shown in FIG. 2, each nozzle blade 1a has straight axes α and α2 at both joint ends, and the axes α and α2 are relative to a reference line E passing through the rotation center of the turbine. The joining ends are joined so as to be inclined toward the ventral surface of the nozzle blade 1a by an angle θ7° θ1, respectively. Further, the axis α3 at the intermediate portion of the nozzle blade 1a is formed to smoothly connect to both axes of the inclined portion and curve toward the ventral surface.

またノズル!1Q1aの傾斜した接合端部の高さρ  
p はノズル!g11aの全高りに対してO1γ・ t 05〜0.35の範囲に設定される。
Another nozzle! Height ρ of the inclined joint end of 1Q1a
p is nozzle! O1γ・t is set in the range of 05 to 0.35 for the total height of g11a.

また接合端部の傾斜角度θ  θ は基準線Eγlt に対して2.5〜25度に設定される。またノズル11
aの断面形状は、翼長方向全域にわたり一定に形成され
ている。
Further, the inclination angle θ θ of the joint end portion is set to 2.5 to 25 degrees with respect to the reference line Eγlt. Also, nozzle 11
The cross-sectional shape of a is formed uniformly over the entire blade span direction.

本実施例に係るタービンノズルにおいて、ダイヤフラム
外輪2側の傾斜部に流入した作動流体は、傾斜したノズ
ル翼1aの腹面Fに沿って流れ、ダイヤフラム外輪2の
周壁面に押圧される。そのため周壁面における境界層の
発達が抑止され、二次渦の発生が防止される。
In the turbine nozzle according to this embodiment, the working fluid that has flowed into the inclined portion on the side of the diaphragm outer ring 2 flows along the inclined abdominal surface F of the nozzle blade 1a and is pressed against the peripheral wall surface of the diaphragm outer ring 2. Therefore, the development of a boundary layer on the peripheral wall surface is suppressed, and the generation of secondary vortices is prevented.

一方、ダイヤフラム内輪3側の傾斜部に流入した作動流
体は同様にダイヤフラム外輪3の周壁面に押圧されるた
め、周壁面における境界層の発達が抑止され法部におけ
る二次渦による圧力損失が低減される。
On the other hand, since the working fluid that has flowed into the inclined part on the side of the diaphragm inner ring 3 is similarly pressed against the peripheral wall surface of the diaphragm outer ring 3, the development of a boundary layer on the peripheral wall surface is suppressed and pressure loss due to secondary vortices at the slope part is reduced. be done.

またノズルm1aの中間部においては、その軸線α3が
腹面方向に滑らかな彎曲形状を呈するように形成されて
いるため、作動流体主流の流線が大きく攪乱されること
がなく、作動流体の動翼5間における混合損失も抑制さ
れる。
In addition, in the middle part of the nozzle m1a, the axis α3 is formed to have a smooth curved shape in the direction of the ventral surface, so that the streamline of the main flow of the working fluid is not greatly disturbed, and the rotor blade of the working fluid The mixing loss between 5 and 5 is also suppressed.

その結果、ノズルg1a全体における圧力損失が低減さ
れ、タービン効率を大幅に向上させることができる。
As a result, pressure loss throughout the nozzle g1a is reduced, and turbine efficiency can be significantly improved.

さらに第3図を参照して、圧力損失の低減効果を説明す
る。第3図は第1図に示すタービンノズルの出口部にお
ける全圧損失の分布を従来例と比較して示すグラフであ
る。第7図に示す従来のタービンノズルの全圧損失と比
較すると、本実施例によればノズル翼1aの中間部領域
における圧力損失分布はほぼ近似している。一方、ノズ
ル翼1aのルート側およびチップ側の両接合端部におけ
る圧力損失は従来例と比較して著しく低減されている。
Furthermore, with reference to FIG. 3, the effect of reducing pressure loss will be explained. FIG. 3 is a graph showing the distribution of total pressure loss at the outlet of the turbine nozzle shown in FIG. 1 in comparison with the conventional example. Compared to the total pressure loss of the conventional turbine nozzle shown in FIG. 7, according to this embodiment, the pressure loss distribution in the middle region of the nozzle blade 1a is almost similar. On the other hand, the pressure loss at both the joint ends on the root side and the tip side of the nozzle blade 1a is significantly reduced compared to the conventional example.

また第4図を参照して本実施例のタービンノズルを流れ
る作動流体の流線変化を説明する。第4図は子午平面か
ら観察したタービン段落の流線図である。破線で示ず従
来例のタービンノズルにおける流線はほぼ平行に形成さ
れ、半径方向への偏位は観察されない。
Further, with reference to FIG. 4, changes in streamlines of the working fluid flowing through the turbine nozzle of this embodiment will be explained. FIG. 4 is a streamline diagram of the turbine stage viewed from the meridional plane. The streamlines in the conventional turbine nozzle, which are not shown by broken lines, are formed substantially parallel, and no deviation in the radial direction is observed.

一方実線で示す本実施例のタービンノズルにおける流線
にはダイヤフラム外輪2およびダイヤフラム内輪3近傍
においてやや半径方向に偏位している。この偏位はノズ
ルR11aの両接合端部を傾斜して構成したことによっ
て、作動流体がそれぞれの周壁面に押圧されるためであ
る。この押圧力によって周壁面における境界層の発達が
抑止され、二次渦の生成が防止される。
On the other hand, the streamlines in the turbine nozzle of this embodiment shown by solid lines are slightly offset in the radial direction near the diaphragm outer ring 2 and the diaphragm inner ring 3. This deviation is due to the fact that both joining ends of the nozzle R11a are configured to be inclined, so that the working fluid is pressed against the respective peripheral wall surfaces. This pressing force suppresses the development of a boundary layer on the peripheral wall surface and prevents the generation of secondary vortices.

また、ノズル翼1aの中間部を通過する作動流体の流線
には、ノズル!IJ1a中間部の軸線が滑らかに彎曲形
成されているため、大きな攪乱が発生せず、従来例とほ
ぼ近似している。従って、動翼5間の流路においても作
動流体の混合による圧力損失が少ない。
In addition, the streamline of the working fluid passing through the middle part of the nozzle blade 1a has a nozzle! Since the axis of the intermediate part of IJ1a is smoothly curved, no large disturbance occurs and the result is almost similar to that of the conventional example. Therefore, there is little pressure loss due to mixing of the working fluids in the flow path between the rotor blades 5 as well.

次に、ノズルEQ1aの傾斜部分の高さpおよび傾斜角
度θを変化させた場合に、タービン段落効率ηに及ぼす
影響について説明する。第5図は、ノズル翼1aの傾斜
部の傾斜角度θと、タービン段落効率ηとの関係を示す
グラフであり、縦軸には、第7図に示す従来例のタービ
ンノズルを使用5度の範囲においてタービン段落効率比
が1.0を越え、従来例より優れた効果を発揮すること
が判明する。
Next, the effect on the turbine stage efficiency η when the height p and the inclination angle θ of the inclined portion of the nozzle EQ1a are changed will be explained. FIG. 5 is a graph showing the relationship between the inclination angle θ of the inclined part of the nozzle blade 1a and the turbine stage efficiency η. It is found that the turbine stage efficiency ratio exceeds 1.0 within the range, and exhibits an effect superior to that of the conventional example.

また第6図はノズル11aの傾斜部の高さpととタービ
ン段落効率η1との関係を従来例と比較して示すグラフ
であり、横軸にはノズル翼1aの全高りに対する傾斜部
高さ1の比(ρ/h)で表わした無次元値を表示する一
方、縦軸には従来例第6図から、傾斜部の高さρをノズ
ル翼1aの全高りに対して0.05〜0.35の範囲に
設定すると、従来例と比較してタービン段落効率η1が
改善されることが実証される。
Further, FIG. 6 is a graph showing the relationship between the height p of the sloped part of the nozzle 11a and the turbine stage efficiency η1 in comparison with a conventional example, and the horizontal axis shows the height of the sloped part with respect to the total height of the nozzle blade 1a. While the dimensionless value expressed as a ratio of 1 (ρ/h) is displayed, the vertical axis shows the height ρ of the slope from 0.05 to the total height of the nozzle blade 1a, as shown in FIG. 6 of the conventional example. It is demonstrated that setting the range to 0.35 improves the turbine stage efficiency η1 compared to the conventional example.

なお、第2図に示すようにノズル翼1aの傾斜部の高さ
fJ  g および傾斜角度θア、θ1はγ゛   を 必ずしも両接合端部において、同一値である必要はなく
、作動流体の流量分布特性等を勘案して、相互に異なる
値が設定される場合もある。
Note that, as shown in Fig. 2, the height fJ g and the inclination angle θa, θ1 and γ゛ of the inclined part of the nozzle blade 1a do not necessarily have to be the same value at both joint ends, and the flow rate of the working fluid Different values may be set in consideration of distribution characteristics and the like.

また第2図においては、各ノズル翼1aの後縁線15が
基準線Eとダイヤフラム内外輪2,3との交点を起点と
して接合されているが、内輪側と外輪側とで異なる基準
線との交点を起点としてもよい。
In addition, in FIG. 2, the trailing edge line 15 of each nozzle blade 1a is joined starting from the intersection of the reference line E and the inner and outer rings 2 and 3 of the diaphragm, but the reference lines differ between the inner ring side and the outer ring side. The intersection point may be used as the starting point.

以上説明の通り本実施例のタービンノズルによれば、両
接合端部におけるノズル翼1aの軸線α 、α2を直線
状に形成し、かつ上記軸線α 1゜α2が基準線に対し
てノズル翼1aの腹面F方向に傾斜しているため、環状
流路4の周壁面近傍に流入した作動流体は、傾斜した腹
面Fに沿って案内され周壁面方向に押圧される。そのた
め両回壁面における境界層の発達が効果的に抑止され、
さらに二次流れによって各ノズル翼1aの背面側に発生
する二次渦9a、9bの成長が抑止されるため、作動流
体のタービンノズルにおける圧力損失が低下する。
As explained above, according to the turbine nozzle of this embodiment, the axes α 1 and α 2 of the nozzle blade 1a at both joint ends are formed in straight lines, and the axes α 1 ° α 2 of the nozzle blade 1a are aligned with respect to the reference line. Since the annular flow path 4 is inclined in the direction of the ventral surface F, the working fluid flowing into the vicinity of the circumferential wall surface of the annular flow path 4 is guided along the inclined ventral surface F and is pressed in the direction of the circumferential wall surface. Therefore, the development of the boundary layer on both wall surfaces is effectively suppressed,
Furthermore, the secondary flow suppresses the growth of secondary vortices 9a and 9b generated on the back side of each nozzle blade 1a, so the pressure loss of the working fluid at the turbine nozzle is reduced.

特に、ノズル翼1aの傾斜部の傾斜角度が2゜5〜25
度の範囲に設定され、また傾斜部の高さ9がノズル翼1
aの全高に対して0,05〜0゜35の範囲に設定され
た場合にタービン段落効率の改善度が顕著となる。
In particular, the inclination angle of the inclined part of the nozzle blade 1a is 2.5 to 25.
The height 9 of the slope is set within the range of
When the height is set within the range of 0.05 to 0.35 degrees with respect to the total height of a, the degree of improvement in turbine stage efficiency becomes remarkable.

また各ノズル翼1aの中間部における軸線α3を腹面方
向に滑らかに彎曲形成しているため、作動流体の流線は
大きな擾乱作用を受けない。そのため、作動流体が動翼
5内に流入した場合においても、混合による圧力損失が
少ない。すなわちノズル11a全体における圧力損失が
低減されるため、タービン効率を大幅に改善することが
できる。
Further, since the axis α3 at the intermediate portion of each nozzle blade 1a is smoothly curved in the direction of the ventral surface, the streamlines of the working fluid are not subjected to large disturbances. Therefore, even when the working fluid flows into the rotor blades 5, there is little pressure loss due to mixing. In other words, since pressure loss throughout the nozzle 11a is reduced, turbine efficiency can be significantly improved.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上説明の通り、本発明に係るタービンノズルによれば
各ノズル翼の両接合端部がノズル翼の腹面方向に傾斜し
て構成されているため、周壁面一  16 − 近傍に流入した作動流体は、それぞれダイ17フラム内
外輪側の周壁面方向に押圧される。そのため周壁面にお
ける境界層の発達が閉止され、二次流れおよび二次渦の
発生が効果的に抑止される。
As explained above, according to the turbine nozzle according to the present invention, both joint ends of each nozzle blade are configured to be inclined toward the ventral surface of the nozzle blade, so that the working fluid flowing into the vicinity of the peripheral wall surface is , are pressed in the direction of the peripheral wall surface of the die 17 flamm on the inner and outer ring sides. Therefore, the development of a boundary layer on the peripheral wall surface is blocked, and the generation of secondary flows and secondary vortices is effectively suppressed.

またノズル翼の中間部における軸線が腹面方向に彎曲す
るように形成されているため、作動流体の流線は撹乱さ
れることが少なく、動翼間流路における作動流体の混合
による圧力損失も少ない。
In addition, because the axis of the nozzle blade in the middle part is curved toward the ventral surface, the flow line of the working fluid is less likely to be disturbed, and there is less pressure loss due to mixing of the working fluid in the flow path between the rotor blades. .

すなわちノズル翼全体における圧力損失を大幅に低減す
ることができるため、タービン効率を大幅に向上させる
ことができる。
That is, the pressure loss across the nozzle blades can be significantly reduced, and thus the turbine efficiency can be significantly improved.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は本発明に係るタービンノズルの一実施例を示す
斜視図、第2図はノズル翼の形状を示す断面図、第3図
は本実施例のタービンノズルの全圧損失分布を従来例と
比較して示すグラフ、第4図は本実施例のタービンノズ
ルにおりる作動流体の流線を従来例と比較して示す断面
図、第5図はノズル翼の傾斜角度とタービン段落効率比
との関係を示すグラフ、第6図はノズル翼の傾斜部の高
さとタービン段落効率比との関係を示すグラフ、第7図
は従来のタービンノズルの構造を示す斜視図、第8図(
a)は境界層制御棒を配設した従来のタービンノズルを
示す断面図、第8図(b)は第8図(a)に示すタービ
ンノズルにおける作動流体の速度分布を示す断面図、第
9図はノズル翼接合部に連通孔を設けた従来のタービン
ノズルを示す平断面図、第10図はノズル翼間に邪魔板
を設けた従来のタービンノズルを示す平断面図である。 1.1a・・・ノズル翼、2・・・ダイヤフラム外輪、
3・・・ダイヤフラム内輪、4・・・環状流路、5・・
・動翼、6・・・ロータディスク、7・・・シュラウド
、8・・・二次流れ、9.9a、9b・・・二次渦、1
0・・・境界層制御棒、11・・・吸込孔、12・・・
吹出孔、13・・・連通孔、14・・・邪魔板、15・
・・後縁線、B・・・背面、F・・・腹面、G・・・作
動流体の速度分布、E・・・タービンの回転中心を通る
基準線、K・・・流線、α1.α2゜α ・・・軸線、
h・・・ノズル翼全高、θ、θ  θ3       
                    γlt・・
・傾斜角度、ρ、1  p ・・・傾斜部高さ、η。 γ° t η0.η1・・・タービン段落効率。 代理人弁理士  則  近  憲  缶周      
  第  子  丸       健枳  ぼ 区 ◇ ム
Fig. 1 is a perspective view showing an embodiment of a turbine nozzle according to the present invention, Fig. 2 is a sectional view showing the shape of a nozzle blade, and Fig. 3 is a conventional example of the total pressure loss distribution of the turbine nozzle of this embodiment. Fig. 4 is a cross-sectional view showing the streamlines of the working fluid entering the turbine nozzle of this embodiment compared to the conventional example, and Fig. 5 shows the inclination angle of the nozzle blade and the turbine stage efficiency ratio. 6 is a graph showing the relationship between the height of the inclined part of the nozzle blade and the turbine stage efficiency ratio, FIG. 7 is a perspective view showing the structure of a conventional turbine nozzle, and FIG. 8 (
8(a) is a cross-sectional view showing a conventional turbine nozzle equipped with a boundary layer control rod; FIG. 8(b) is a cross-sectional view showing the velocity distribution of the working fluid in the turbine nozzle shown in FIG. 8(a); This figure is a plan sectional view showing a conventional turbine nozzle in which a communication hole is provided in the nozzle blade joint, and FIG. 10 is a plan sectional view showing a conventional turbine nozzle in which a baffle plate is provided between the nozzle blades. 1.1a... Nozzle blade, 2... Diaphragm outer ring,
3... Diaphragm inner ring, 4... Annular flow path, 5...
- Moving blade, 6... Rotor disk, 7... Shroud, 8... Secondary flow, 9.9a, 9b... Secondary vortex, 1
0... Boundary layer control rod, 11... Suction hole, 12...
Blowout hole, 13... Communication hole, 14... Baffle plate, 15.
... Trailing edge line, B ... Back surface, F ... Ventral surface, G ... Velocity distribution of working fluid, E ... Reference line passing through the rotation center of the turbine, K ... Streamline, α1. α2゜α ・・・Axis line,
h...Nozzle blade total height, θ, θ θ3
γlt...
・Inclination angle, ρ, 1 p ... Inclined part height, η. γ° t η0. η1...Turbine stage efficiency. Representative Patent Attorney Nori Chika Ken Shu
First child Maru Kenki Boku◇ Mu

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1、ダイヤフラム内輪とダイヤフラム外輪との間に形成
される環状流路の周方向に複数のノズル翼を列状に配設
し、各ノズル翼をダイヤフラム内輪側の接合端およびダ
イヤフラム外輪側の接合端において固定して構成したタ
ービンノズルにおいて、ノズル翼の両接合端部における
軸線を直線状に形成し、かつ上記軸線がタービンの回転
中心を通る基準線に対してノズル翼の腹面方向に傾斜す
るように接合端を接合するとともに、ノズル翼の中間部
における軸線は腹面方向に彎曲するように形成したこと
を特徴とするタービンノズル。 2、ノズル翼の両接合部における軸線は基準線に対する
傾斜角度を2.5〜25度の範囲に設定した特許請求の
範囲第1項記載のタービンノズル。
[Claims] 1. A plurality of nozzle blades are arranged in a row in the circumferential direction of the annular flow path formed between the diaphragm inner ring and the diaphragm outer ring, and each nozzle blade is connected to the joint end on the diaphragm inner ring side and In a turbine nozzle configured to be fixed at the joint end on the outer ring side of the diaphragm, the axes at both joint ends of the nozzle blade are formed in a straight line, and the axis line is aligned with the reference line passing through the rotation center of the turbine. A turbine nozzle characterized in that the joint ends are joined so as to be inclined in the direction of the ventral surface, and the axis of the nozzle blade at the middle part is curved in the direction of the ventral surface. 2. The turbine nozzle according to claim 1, wherein the axes of the nozzle blades at both joints have an inclination angle of 2.5 to 25 degrees with respect to the reference line.
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